海底神秘古生菌 _生物_寧夏龍網(wǎng)

艾莉森·桑托洛在實驗室里培育消耗氨的微生物
據(jù)鳳凰科技：生物學(xué)家發(fā)現(xiàn)古生菌非常有趣，它組成了生命的三個主要分支之一。前兩個已知的分支是細(xì)菌和真核生物，最后一個分支包括動物、植物和真菌。但古生菌非常神秘，科學(xué)家對它的了解非常有限。事實上，它們獨特的狀態(tài)直到1977年才被科學(xué)家所認(rèn)識。
如水晶般清澈的海里充滿了各種不可見的生命體。全世界的海洋包含40億噸神秘的微生物古生菌，大約相當(dāng)于全世界魚類的總重量。科研船只上的科學(xué)家們準(zhǔn)備將一項名為CTD-rosette 采水器的設(shè)備放進海洋里。這個采水器能夠收集海洋不同深度的海洋樣本，從海洋表面到海底數(shù)千英尺深處。這樣獲得的海水樣本使得科學(xué)家能夠發(fā)現(xiàn)生活在深海的微生物。
每天上億噸重的魚類、哺乳動物、植物和其它海洋生物體死在海里。隨著它們的腐爛，它們會釋放出惡臭性氣體氨。“水族館里一點氨就足以殺死全部魚類。”美國西雅圖華盛頓大學(xué)的微生物生態(tài)學(xué)家大衛(wèi)·斯特爾（David Stahl）這樣說道。海洋里太多氨將相當(dāng)于劇毒。
但是海洋里的氨不會堆積到有害的程度。在過去的50年間，科學(xué)家一直好奇究竟是什么清除了氨，他們假定微生物是其中一員，但究竟是哪些微生物呢？海洋里有上百萬種不同類型的微生物，只有少數(shù)會消耗氨。
美國馬里蘭大學(xué)環(huán)境科學(xué)研究中心的科學(xué)家艾莉森·桑托洛（Alyson Santoro）正在積極尋找這些神秘的微生物。她認(rèn)為某種未知的古生菌物種可能在氨剛形成時就迅速消耗了它，并將其轉(zhuǎn)化為其它化學(xué)物質(zhì) 。這些古生菌甚至可能是第二個神秘之謎的關(guān)鍵所在——大量一氧化二氮氣體的來源。每年海洋里有近200萬噸一氧化二氮進入大氣層，成為溫室氣體。它比二氧化碳吸收更多的太陽光，并且更大程度地加熱了大氣層。
沒有人知道這種一氧化二氮背后的生命形式，所有生物學(xué)家知道這種氣體具有某種奇特的化學(xué)特征，它和吸收氨的微生物一樣，都是科學(xué)界的未知。盡管它非常神秘，但這種微生物可能是地球上最常見的生命形式，然而過去幾十年生物學(xué)家都沒有研究它們，原因很簡單：他們無法在實驗室里培育這種生物。
圖4透過顯微鏡看到的以氨為食的古生菌（圖中顯示為綠色，主要是因使用的特殊化學(xué)物質(zhì)所致，以便更清晰的觀看）。這種古生菌生活在美國加州海岸海底名為天然海綿（一種簡單的多細(xì)胞海洋動物）的動物體內(nèi) 。圖中顯示的紅色細(xì)胞屬于天然海綿的。
【海底神秘古生菌】很難培育
一般來說，生物學(xué)家會將神秘微生物放在玻璃瓶或者培養(yǎng)皿上培育它們，當(dāng)獲得大量微生物后他們就能鑒別其類屬，或者進行實驗觀察它們所吃的食物或者生活方式。“你必須嘗試不同的溫度和食物”，桑托洛補充說道。
桑托洛收集的海水樣本包含上百萬種不同類型的微生物，但大約99%從未在實驗室環(huán)境內(nèi)培育出。“還有很多微生物拒絕在實驗室里生長， ”麻省理工學(xué)院的微生物生態(tài)學(xué)家愛德華·德?。‥dward DeLong）這樣說道。微生物拒絕在實驗室里生長讓科學(xué)家困惑不已，這使得科學(xué)家們很難理解它們是如何影響環(huán)境的。

研究里收集的海水樣本瓶。它們看起來是空的，但實際上包含上百萬種不同類型的微生物。
實驗室培養(yǎng)微生物
研究海洋微生物群落是非常具有挑戰(zhàn)性的。在實驗室里培育并觀察微生物生態(tài)系統(tǒng)會改變微生物本身，且沒有任何科學(xué)家可以預(yù)測它將如何改變。玻璃瓶里的條件與真實海洋里的完全不同，很可能玻璃瓶里的水包含更多食物。這將導(dǎo)致玻璃瓶里的微生物生長速度超過海洋里緩慢增長的微生物。

電子顯微鏡下的以氨為食的古生菌。
這也是實驗室研究人員有時候會忽略自然界最常見微生物的原因之一。試圖查明海洋里究竟是什么生物消耗了氨的科學(xué)家們也面臨這一的問題。消耗氨的微生物可能非常常見，但它們生長的非常緩慢，生物學(xué)家何時才能培養(yǎng)足夠多的實驗室微生物以研究它們？桑托洛意外地解決了這一問題：那便是完全不理睬這些微生物，不給它們提供任何食物補充。
存活者
DNA測試顯示大多數(shù)玻璃瓶里的微生物在無食物供給后18個月后消失了，存活下來的主要是緩慢生長的古生菌。初一咋看古生菌類似于細(xì)菌，它們大小相當(dāng)，而且在顯微鏡中和細(xì)菌一樣具有相同的圓形和棒形狀。但古生菌是完全不同的有機體。
化學(xué)印記
海洋里產(chǎn)生的一氧化二氮具有罕見的化學(xué)印記。桑托洛想要測試她培育的古生菌是否也具有相匹配的化學(xué)印記，這將暗示它是這種氣體的來源。某些元素的原子，例如氮和氧，都有所謂的輕和重的形式。海洋里產(chǎn)生的一氧化二氮具有這種“重”原子的罕見比例，科學(xué)家將其定義為它們的特征標(biāo)記。每10萬個氮原子里有369個、每10萬個氧原子里有209個是“重的” 。它們具有額外的中子。其它地方的氮和氧，例如地球大氣層里，也具有少數(shù)重原子，但海洋里產(chǎn)生的一氧化二氮的重原子更加多。
然而桑托洛培育的古生菌產(chǎn)生的一氧化二氮只有少數(shù)重原子，即它與海洋里產(chǎn)生的一氧化二氮并不匹配，但“它的成分與后者非常相似，” 桑托洛說道。這暗示著，古生菌而非細(xì)菌，產(chǎn)生了主要的海洋一氧化二氮。因此這種古生菌不僅以氨為食，還釋放了大量溫室氣體。如果科學(xué)家知道哪一種古生菌產(chǎn)生了溫室氣體，這將幫助他們更好地預(yù)測一氧化二氮以及全球溫度水平在未來上升的速度有多快。
科學(xué)家現(xiàn)在了解到古生菌無處不在，不僅在海洋里，也在干燥的陸地，甚至生活在人們的內(nèi)臟里。科學(xué)家甚至爭論古生菌是否會影響我們的胖瘦。最新數(shù)據(jù)并不支持古生菌影響體重的觀點，但它的確提供了證據(jù)表明古生菌能夠幫助消化食用纖維。加拿大多倫多大學(xué)和一所加拿大醫(yī)院的研究人員將這項發(fā)現(xiàn)發(fā)表在8月13日的期刊《營養(yǎng)學(xué)》上。(eeook.com)